OpenGL中的Frame Buffer、Depth Buffer、Color Buffer、Stencil Buffer

Frame Buffer

Frame Buffer： 是一块buffer(即内存)，存储了一帧的buffer数据。

从数据结构的角度来看，此处的Frame Buffer并不是一个真正意义上的buffer，其存了一些指针，分别指向Depth Buffer、Color Buffer、Stencil Buffer、Texture、RBO(Render Buffer Object)等。

Wiki中的解释：https://www.khronos.org/opengl/wiki/Framebuffer_Object

Framebuffer objects are a collection of attachments. To help explain lets explicitly define certain terminology.

 

vulkan中image, surface，framebuffer是什么？它们之间有什么样的联系？

在Vulkan中，image、surface和framebuffer是图形渲染过程中重要的概念，它们各自扮演着不同的角色，并且相互之间存在紧密的联系。

  1. Image：

    • image是一个二维数组，用于存储图像数据。它可以表示纹理、渲染目标或其他图形资源。在Vulkan中，图像通常用于存储渲染的输出结果，或者在渲染过程中作为纹理或采样器使用。
    • image具有特定的格式和大小，可以包含颜色、深度或模板等信息。

  2. Surface：

    • surface是窗口或显示设备的抽象表示。它提供了Vulkan与窗口系统或显示硬件之间的接口，使得Vulkan可以将渲染结果输出到屏幕上。
    • surface不是直接用于渲染的，但它与窗口系统或显示设备相关联，是创建交换链（swap chain）的基础。交换链是一系列用于双缓冲或多缓冲的图像，用于在渲染过程中存储和展示图像。

  3. Framebuffer：

    • framebuffer是一个用来表示一组图像的对象，这些图像是图形管线进行渲染的目标。它包含了渲染过程所需的所有附件，如颜色附件、深度附件等。
    • framebuffer通常与交换链中的图像相关联。在渲染过程中，图形管线会将结果渲染到与当前帧缓冲区关联的图像上。

它们之间的联系：

  • surface提供了与窗口系统或显示设备的接口，使得可以创建交换链。交换链中的每个图像都是一个image。
  • framebuffer则是对这些image的封装，用于在图形管线中进行渲染。当进行渲染时，图形管线会将结果输出到与当前帧缓冲区关联的image上。
  • 因此，surface、image和framebuffer共同构成了Vulkan中从窗口系统到图形渲染输出的一整套流程。通过它们之间的协同工作，Vulkan能够高效地将渲染结果输出到屏幕上。

总的来说，image、surface和framebuffer在Vulkan中各自扮演着不同的角色，但它们之间又存在紧密的联系，共同构成了Vulkan图形渲染的核心部分。

 

Image
image指一个像素的2D阵列，这些像素有特殊的格式。
注：可以把image简单理解为贴图：VkImage 除了 VkDeviceMemory 还需要 VkImageView 和 VkImageSampler，VkImageView 相当于一个 accessor，具体操作都需要操作这个accessor，所以基本上VkImage和VkImageView就是个强绑定关系。VkImageSampler是采样器，anisotropy、mips等在这里设置，可以多个图共享一个采样器。
这在vulkan代码里得到了证实，gfx::image里会有mip_level、if_subsampled这样的设置，vulkan::image里包了gfx::image。
注：不理解？同时image也是swapchain里交换的内容？？？？没错，就是这样。
Layered Image
layered image指有特殊尺寸和格式的一系列的image。
Texture
texture代表了包含若干以上定义的images的对象。
Renderbuffer
renderbuffer指代表了包含单个image的对象，其不能被shaders直接访问，唯一能访问renderbuffer的方式除了创建它，就只有把renderbuffer放进FBO(frame buffer object)里。
Attach
用来连接objects，这个概念在OpenGL无处不在，但主要用在FBO中。Attachment和binding是不同的，binding用来描述objects bind在context中，attachment用来描述objects之间互相attach。

Framebuffer Object Structure

作为标准OpenGL对象，FBO具有通常的glGenFramebuffers和glDeleteFramebuffers功能。正如预期的那样，它还具有通常的glBindFramebuffer函数，用于将FBO绑定到上下文。
此对象的目标参数可以采用以下三个值之一：GL_FRAMEBUFFER、GL_READ_FRAMEBUFFER或GL_DRAW_FRAMEBUFFER。最后两个允许您绑定FBO，以便读取命令（glReadPixels等）和写入命令（所有渲染命令）可以发生在两个不同的帧缓冲区上。GL_FRAMEBUFFER绑定目标仅将读取和写入设置为同一FBO。
默认帧缓冲区的缓冲区名称如GL_FRONT、GL_BACK、GL_AUXi、GL_ACCUM等。FBO不使用这些。

相反，FBO有一组不同的image名称。每个FBO image表示一个附着点(attachment)，即FBO中可以附着image的位置。FBO具有以下连接点(attachment)：
GL_COLOR_ATTACHMENTi：这些是取决于实现的连接点数量。您可以查询GL_MAX_COLOR_ATTACHMENTS以确定实现将允许的颜色附件的数量。此项的最小值为8，因此保证您至少能够拥有0-7个颜色附件。这些附着点只能使用颜色可渲染格式(color-renderable formats)将image绑定到这些附着点。所有压缩图像格式都不可进行颜色渲染，因此无法附加到FBO。
GL_DEPTH_ATTACHMENT:此附着点只能绑定具有深度格式的图像。附着的图像将成为FBO的深度缓冲区。请注意，如果未附加深度图像，则在渲染到此FBO时将禁用“深度测试”。
GL_STENCIL_ATTACHMENT：此附着点只能绑定具有模具格式的图像。附着的图像将成为FBO的模具缓冲区。
GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT：这是“深度和模具”的简写。附加的图像同时成为深度缓冲区和模具缓冲区。
注意：如果使用GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT，则应为要附加的纹理或渲染缓冲区使用压缩深度模具内部格式。

Depth Buffer

Depth Buffer：深度缓存区。

工作原理如下：

  1. 在图形渲染过程中，对于每个像素，渲染管线会计算出其在观察空间中的深度值。
  2. 当一个像素需要进行渲染时，会将其深度值与深度缓冲区中对应像素的深度值进行比较。
  3. 如果当前像素的深度值小于深度缓冲区中的深度值，说明当前像素位于前面，它将被认为是可见的，并将其深度值写入深度缓冲区。
  4. 如果当前像素的深度值大于深度缓冲区中的深度值，说明当前像素被前面的物体遮挡，它将被认为是不可见的，深度缓冲区中的深度值不做更新。

深度缓冲区的主要作用是进行深度测试（Depth Test），即通过比较像素的深度值来确定像素的可见性。它可以有效解决遮挡关系，避免对被遮挡像素进行不必要的渲染，从而提高图形渲染的效率。

Color Buffer

Color Buffer：颜色缓存区

OpenGL中的颜色缓冲区（Color Buffer）是一个用于存储渲染结果的内存区域。当我们通过OpenGL渲染场景时，渲染的结果会被存储到颜色缓冲区中。通常情况下，颜色缓冲区是一个二维数组，每个元素代表屏幕上的一个像素点，存储着该像素点的颜色信息。

在OpenGL中，颜色缓冲区可以包括一个或多个颜色缓冲区。例如，我们可以创建一个双缓冲区（Double Buffer），其中包括前缓冲区和后缓冲区，用于实现平滑的动画效果。

当我们完成一次渲染后，OpenGL会将颜色缓冲区中的像素值发送到帧缓冲区（Frame Buffer），并在屏幕上显示出来。我们也可以使用OpenGL的一些API函数对颜色缓冲区进行读写操作，例如修改像素的颜色、清空颜色缓冲区等。

 

Stencil Buffer

Stencil Buffer：模板缓存区

为屏幕上的每一个像素保存一个8位的无符号整数，跟模板缓冲区进行比较并决定是否保留像素称为模板测试

模板测试发生在透明度测试之后，深度测试之前

img

模板缓冲区默认值为0（测试得到），并且我推测模板缓冲区每帧执行完会进行一个刷新

要加模板测试，就在Shader的Pass开头写Stencil{ }结构体。如果每个Pass都用，则可以提到外面。

 

参考连接：

Stencil Buffer：https://www.cnblogs.com/FlyingZiming/p/12937642.html

Stencil Buffer：https://www.jianshu.com/p/f79f0da90103

Depth Buffer：https://zhuanlan.zhihu.com/p/638266570

Color Buffer: https://www.cnblogs.com/errorman/p/17222536.html

Frame Buffer: https://blog.csdn.net/alexhu2010q/article/details/101436270

OpenGL Frame Buffer： https://zhuanlan.zhihu.com/p/631073748

https://blog.csdn.net/alexhu2010q/article/details/101436270（待整理）

posted @ 2024-02-01 16:03  青山牧云人  阅读(713)  评论(0)  编辑  收藏  举报